DE2718499A1 - Elektrische anzeigevorrichtung fuer den ladezustand einer sekundaerbatterie - Google Patents

Elektrische anzeigevorrichtung fuer den ladezustand einer sekundaerbatterie

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Akkumulatorenfabrik Dr Leopold Jungfer
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    • G01R31/3842Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC combining voltage and current measurements
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    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
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Description

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Dlpl.-Phys. Heinrich Scids Palrnt.inwall Hierstadter Höhe 15 ■ PoMladi 5105 · 6200 Wiesbaden 1 · Q? (061 21) 565382
- 3 - j
Die Erfindung betrifft eine elektrische Anzeigevorrichtung für den Ladezustand einer Sekundärbatterie, mit j einem den Lade- und Entladestrom der Sekundärbatterie vorzeichenrichtig erfassenden Integrator in Form eines 'j Impulsgenerator, dessen Freq .enz proportional zum ι Batteriestrom veränderlich ist und dem ein in Abhängig- ! keit von der Batteriestromrichtung gesteuerter Vorwärts-
und Rückwärtszähler nachgeschaltet ist. '
Anzeigevorrichtungen dieser Gattung können, wie in der OE-PS 331.357 beschrieben ist, für KraftfahrzeugbiLterien so ausgebildet werden, dass sie in Analogie zu einer Benzinuhr die der Batterie jeweils noch entnehmbare Ali-Menge anzeigen oder auch so, dass sie rechtzeitig erkennen lassen, ob die der Batterie noch entnehnibare 1'.' Ali-Menge ausreicht, um ein sicheres Starten de:? Kraftfahrzeugs zu ermöglichen.
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ORIGINAL INSPECTED
Akkumulatorenfabrik Dr. Leopold Jungfer
'ULI
Es hat sich nun herausgestellt, daß Anzeigevorrichtungen der geschilderten Art im Langzeitbetrieb infolge unvermeidbarer, wenn auch sehr kleiner Fehler bei der Ableitung der dem Batteriestrom proportionalen Meßgröße und bei der Umwandlung dieser Meßgröße in Zählimpulse sowie bei Temperaturänderungen der verwendeten Schaltelemente wegen der Integration aller dieser Fehler über eine lange Integrationszeit Fehlanzeigen liefern, zu deren Vermeidung eine Nachjustierung des Gerätes erforderlich ist. Darüber hinaus muß auch bei einem Auswechseln der Batterie der Zählerstand dem Zustand der neuen Batterie angeglichen, die Anzeigevorrichtung also justiert werden.
Die Erfindung befaßt sich deshalb mit der Aufgabe, eine Vorrichtung der einleitend angegebenen Gattung so auszugestalten, daß sie eine automatische Justierung bzw. Nachjustierung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß eine Schalteinrichtung vorgesehen ist, mit welcher anstelle des vom Batteriestrom gesteuerten Impulsgenerators ein Justierimpulsgenerator an den Vorwärts-Eückwärts-Zähler anschaltbar ist, wobei die Impulsübertragung vom Justierimpulsgenerator zum Zähler unter der Steuerwirkung eines auch die Zählrichtung steuernden !Comparators steht, an dem als Vergleichsgrößen ein den jeweiligen Zählerstand angebendes Signal und ein von einem entsprechend dem Batterietyp programmierten Funktionsgeber geliefertes Signal wirksam sind, das den jeweiligen Ladezustand der betreffenden Batterie in Abhängigkeit von ihrer Leerlaufspannung und von ihrer Temperatur angibt.
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Akkumulatorenfabrik Dr. Leopold Jungfer i'iLi>
Die Erfindung geht dabei von der bekannten Tatsache aus, daß die Leerlaufspannung einer Sekundärbatterie bei vorgegebener Temperatur nach Ablauf jener Mindestzeit nach der letzten Ladung oder Entladung, die zum Abklingen der mit der Änderung des Ladezustandes verbundenen Diffusionsvorgänge ausreicht, ein Maß für den jeweiligen Ladezustand ist, so daß mit Hilfe eines in Abhängigkeit von der Temperatur und von der Leerlaufspannung einer Sekundärbatterie gesteuerten und entsprechend dem Batterietyp programmierten Funktionsgebers der Ladezustand der Batterie angezeigt werden kann. Diese Anzeige gilt allerdings nur unter den vorstehend erwähnten Bedingungen, d.h. insbesondere nach langen Ruhezeiten der Batterie, und nicht mehr dann, wenn die Batterie ständig oder in relativ kurzen Intervallen geladen oder entladen wird.
Venn mit der erfindungsgemäß vorgesehenen Schalteinrichtung nach Ablauf der Abklingzeit für allfällige· Diffusionsvorgänge in der Batterie kurzzeitig der Justierimpulsgenerator eingeschaltet wird, wird der Zählerstand berichtigt, so daß kumulative Fehler in der Anzeige ausgeschaltet werden. Meist ist vor dieser Justierung eine mehrstündige Ruhezeit der Batterie erforderlich. Da eine vorzeitige Betätigung der Schalteinrichtung eine Fehljustierung herbeiführen würde, enthält bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Schalteinrichtung einen durch Abschaltung der Batterie in Gang setzbaren Zeitschalter, der befähigt ist, nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit, die eben zum Abklingen der Diffusionsvorgänge in der nun unbelasteten Batterie ausreicht, die Umschaltung des Zählers auf den Justierimpulsgenerator vorzubereiten, so daß bei der nächsten Einschaltung der Batterie zunächst zwangsläufig eine Justierung der Anzeigevorrich-
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tung erfolgt. Bei V/iedereinschaltung der Batterie vor Ablauf der erwähnten Abklingzeit muß allerdings zur Vermeidung einer Fehljustierung der Zeitschalter zwangläufig rückstellbar sein, und ebenfalls muß natürlich eine automatische Rückstellung des Zeitschalters nach Beendigung der Justierung erfolgen.
Als Ausführungsbeispiel wird die Anwendung der Erfindung bei einem Gerät nach der OE-PS 331-357 beschrieben, das in der Zeichnung schematisch dargestellt ist.
Die Zeichnung zeigt eine Starterbatterie 1, in deren Stromkreis 2 ein kleiner Widerstand 3 liegt, von dem eine Meßspannung abgegriffen und einem Meßverstärker 1V zugeführt wird. Die Ausgangsspannung des Meßverstärkers 4-wirkt auf einen Impulsgenerator 5 in Form eines Spannungs-Frequenz-Umsetzers, der in seinem Ausgang eine Impulsreihe mit einer dem eingangsseitigen Spannungswert proportionalen Frequenz liefert. Dieser Impulsgenerator 5 weist ein Stellglied 6 auf, mit dem in Abhängigkeit vom Ladefaktor (Wirkungsgrad) der Batterie 1 die Ausgangsfrequenz in solchem Maße beeinflußt werden kann, daß der Ladestrom um einen dem Ladefaktor entsprechenden Betrag geringeren Einfluß auf die Ausgangsfrequenz ausübt als der Entladestrom.
Die Ausgangsleitung 7 des Impulsgebers 5 liegt erfindungsgemäß an dem einen Eingang einer V/eiche 8, deren Ausgangsleitung 12 mit einem digital arbeitenden Vorwärts-Rückwärts-Zähler 11 verbunden ist, der z.B. vier Zähldekaden aufweist. Dieser Zähler 11 zählt bei Ladung rückwärts und bei Entladung vorwärts, so daß er ein digitales Ausgangssignal liefert und speichert, welches die resultierende Ah-Entnahme, ausgehend von einem vor-
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gegebenen vollen Ladezustand angibt. Um die Zählrichtung des Zählers 11 in Abhängigkeit vom Lade- bzw. Entladebetrieb zu steuern, ist dem Vorwärts-Rückwärts-Steuereingang 13 ein Polaritatskomparator 14 vorgeschaltet, der das Vorzeichen der Ausgangsspannung des Meßverstärkers 4 ermittelt. Erfindungsgemäß liegt auch zwischen diesem Komparator 14 und dem Zähler 11 eine V/eiche 8A.
Im Ausgang des Zählers 11 befindet sich ein Digital-Analogwandler 15, der eine dem Digitalinhalt des Zählers entsprechende Analogspannung liefert. Diese Spannung hat bei voller Ladung der Batterie 1 den Wert 0 und wächst mit zunehmender Entladung an.
An den Meßverstärker 4 ist ferner ein Laststrom-Funktionsgeber 18 angeschlossen, der gemäß der Verknüpfung von Entladestrom, Temperatur und Ah-Entiiahme arbeitet und der einerseits an einem Eingang 19 vom Meßverstärker 4 entsprechend dem jeweiligen Entladestrom und anderseits an einem Eingang 20 von einem Temperaturfühler 21 entsprechend der Betriebstemperatur der Batterie 1 geführt wird, so daß er an seinem Ausgang 22 eine Analogspannung liefert, welche die beim jeweiligen Entladestrom und bei der wirksamen Temperatur entnehmbare Ah-Menge angibt.
Im Ausgang 22 des Funktionsgebers 18 liegt ein Differenzanzeigeinstrument 23, mit dem auch der Ausgang des Digital-Analogwandlers 15 verbunden ist und das analog einer Benzinuhr die der Batterie noch entnehmbare Ah-Menge anzeigt, überdies kann im Ausgang 22 des Funktionsgebers 18 ein weiterer Funktionsgeber 26 liegen, der gemäß der Verknüpfung von Mindest-Ah-Bedarf und Temperatur arbeitet und an einem zweiten Eingang 28 vom
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Temperaturfühler 21 geführt wird. Dan Analogsignal im Ausgang 29 dieses Funktionsgebers 26 wirkt auf den Eingang 29 eines Ah-Vergleichers 23A, dessen anderer Eingang ebenfalls vom Digital-Anal og-V/andl er 15 beaufschlagt wird und in dessen Ausgang eine kippbare Schaltstufe 30 liegt, die jeweils dann anspricht, wenn die Vcrgleichssignale gleich groß sind oder ihre Differenz kleiner als 0 ist und alsdann ein Aucgangssignal liefert, welches einen Indikator 3I beaufschlagt, der beispielsweise ein optisches oder akustisches Warnsignal liefert, wenn die Batterie nur noch Mindest-Ah-Bedarf decken kann. Bei Verwendung auf Kraftfahrzeugen wird so der Fahrer rechtzeitig vor einer der Startfähigkeit beeinträchtigenden Erschöpfung der Batterie gewarnt.
Um im Langzeitbetrieb sicherzustellen, daß in. der Kette der Geräteteile 3, 4, 5, Λι\ und 12 nicht infolge Integration kleiner Fehler allmählich ein mit einem wesentlichen Fehler behafteter Zählerstand im Zähler 11 zustandekommt, ist erfindungsgemäß ein Justierirapulsgenerator 9 vorgesehen, der mittels der Weiche 8 anstelle des Impulsgenerators 5 an den Zähler 11 angeschaltet werden kann. Die Impulsübertragung vom Generator 9 zum Zähler 11 steht entweder, wie in der Zeichnung angedeutet, durch direkte Steuerung des Generators 9 oder aber durch Anwendung einer Torschaltung im Ausgang desselben unter der Steuerwirkung eines Komparators 16, welchei· den von Wandler 15 in ein Analogsignal übergeführten Zählerstand des Zählers 11 mit dem Ausgangssignal eines Funktionsgebers 10 vergleicht. Dieser Funktionsgeber 10 wird über eine Leitung 3? von der Leerlaufspannung der Batterie 1 und eine weitere Leitung 33 vom Temperaturfühler 21 gesteuert und ist ent-
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sprechend dem Batteriefcyp so programmiert, daß er in Abhängigkeit von deren Meßgröße ein den Ladezustand der Batterie angebendes Signal liefert. Falls die beiden Eingangssignale des Komparators 16 unterschiedliehe Größe haben, erfolgt eine Signalgabe seitens des Impulsgenerators 9 über die Weiche 8 zum Zähler 11, v/obei dieser Zähler zusätzlich vom Komparator 16 über die V/eiche 8A entsprechend dem Vorzeichen des Vergleichsergebnisses gesteuert wird, so daß je nach Größe und Richtungssinn der Abweichung des Zählerstandes von dem vom Funktionsgeber 10 angegebenen Wert Justierimpulse in den Zähler 11 eingespeist werden.
Die Umschaltung der V/eichen 8 und 8A erfolgt vorteilhaft mit Hilfe eines Zeitschalters 17, der auf eine mehrere Stunden, z.B. 8 Stunden, betragende Schaltzeit eingestellt ist, um dadurch sicherzustellen, daß die Umschaltung auf Justierung jeweils erst nach Abklingen der Diffusionsvorgänge in der Batterie nach deren· letzter Ladung bzw. Entladung möglich ist. Dieser Zeitgeber 17 wird bei öffnen eines mit dem Betriebsschalter im Batteriestromkreis gekuppelten Schalters 35 in. Gang gesetzt und übt seine Umschaltfunktion, wie schon erwähnt, vorbereitend nach einigen Stunden aus, falls er nicht vorher durch vorzeitiges Schließen des Schalters 35 wieder zurückgestellt wird. Sobald der Batteriestromkreis sodann wieder geschlossen wird, erfolgt über die umgeschalteten Weichen 8 und 8A in kurzer Zeit die Nachjustierung des Zählers 11, und nach Beendigung dieses Vorganges wird der Zeitgeber 17 auf beliebige, nicht dargestellte Weise wieder zurückgestellt, was eine Rückstellung der Weichen 8 und 8A sowie eine Abschaltung des Justierimpulsgenerators 9 und damit den Übergang der Anzeigeeinrichtung auf den Normalbetrieb zur Folge hat.
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L ο e r s e i t e

Claims (2)

2718499 PATENTANWALT DIPL.-PHYS. HEINRICH SEIDS 62 Wiesbaden ■ Bierstadter Höhe 15 ■ Postfach 1206· - Telefon (06121) 56 53 82 Postsdiedc Frankfurt/Main 1810 08 - 602 - Bank DeuUthe Bank 395 63 72 - Nass. Sparkasse 108 00 30 65 , Wiesbaden, den 21. April 1977 ! Meine Akte J 122 Akkumulatorenfabrik Dr. Leopold Jungfer Feistritz im Rosental (Karnten, Österreich) Elektrische Anzeigevorrichtung für den Ladezustand einer Sekundärbatterie Priorität: Österreichische Patentanmeldung A 8515/76 vom 16. November 1976 Patentanspruch
1) Elektrische Anzeigevorrichtung für den Ladezustand einer Sekundärbatterie, mit einem den Lade- und Entladestrom für Sekundärbatterie vorzeichenricLlig erfassenden Integrator in Form eines Impulsgenerators, dessen Frequenz proportional zum Batteriestrom vei»- änderlich ist und dem ein in Abhängigkeit von der Batteriestromrichtung gesteuerter Vorwärts-Rückwärts-Zähler nachgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schalteinrichtung (17, 8, 8A) vorgesehen ist, Bit welcher anstelle des vom Batteriestrom gesteuerten Impulsgenerators (5) ein Justierimpulsgenerator (9) an den Vorwärts-Rückwärts-Zähler (11) anschaltbar ist, wobei die Impulsübertragung vom Justierimpulsgenerator (9) zum Zähler (11) unter der Steuerwirkung eines auch die Zählrichtung steuernden !Comparators (16) steht, an
dem als Vergleichsgrössen ein den jeweiligen Zählerstand angegebenes Signal und ein von einem entsprechend dem Batteriety programmierten Funktionsgeber (10) geliefertes Signal wirksam sind, das den jeweiligen Lade- »· '20 zustand der betreffenden Batterie in Abhängigkeit von ■ ihrer Leerlaufspannung und ihrer Temperatur angibt.
809820/OSSS
ORIGINAL INSPECTED
Dfpl.-Phys. Heinrich Seids - Patentanwalt - Bierstadler Höhe 15 - Postfach 5105 - 6200 Wiesbaden 1 - <S5" (06121) 565382
2) Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (I7f 8, 8A) einen durch Ausschaltung der Batterie (1) zwangsläufig \ in Gang setzbaren Zeitschalter (17) enthält, der be-5 fähigt ist, nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit: die
Umschaltung auf den JustLerimpulsgenerator vorzubereiten und der durch Wiedereinschaltung der Batterie ν >v Ab- ; lauf der vorbestimmten Schaltzeit sowie durch Feondirung
'.. der Justierung dej Zählers (11) automatisch rücks te LLb'ir i10 ist.
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ORIGINAL INSPECTED
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